基于波長掃描的光真延時平面相控陣接收天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光控相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了基于波長掃描的光真延時平面相控陣接收天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣?yán)走_即采用相控陣天線的一種雷達，其核心部件就是相控陣天線，在進行寬角掃描時，由于傳統(tǒng)的相控陣天線電掃描方式帶來的孔徑效應(yīng)、渡越時間的影響，使得信號的瞬時帶寬受限，因而難以實現(xiàn)相控陣?yán)走_的寬帶寬角掃描功能。將光電子技術(shù)應(yīng)用在相控陣?yán)走_中，即實現(xiàn)對相控陣天線波束指向的控制，用以傳輸、分配雷達信號和控制信號，它的應(yīng)用將大大改善普通相控陣?yán)走_系統(tǒng)的諸多性能。光纖延遲波束形成網(wǎng)絡(luò)具有可全寬帶應(yīng)用、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、電磁兼容性好以及不同情況下?lián)p耗均勾等優(yōu)點。
[0003]基于波長掃描技術(shù)的微波光子波束形成，是利用光纖延時線等波長敏感的延時單位器件來控制相控陣?yán)走_中天線的波束指向，實現(xiàn)寬帶寬角度的掃描。其單位延時損耗與頻率無關(guān)，不會引起波束偏斜問題，這使得在寬帶信號處理中具有很大的優(yōu)勢；同時由于光控相控陣天線的波束形成與波束掃描，是通過控制微波信號的相位延遲來實現(xiàn)的，從而沒有機械式的運動轉(zhuǎn)向，具有了精確的波束指向和強的二維掃描靈活性，能夠同時滿足高性能相控陣天線所要求的大瞬時帶寬和大掃描角度的技術(shù)指標(biāo)。
[0004]目前相關(guān)使用光真延時實現(xiàn)相控陣天線面陣掃描的報道為Mauriz1Burla 等人在 2013 年于 Journal of Lightwave Technology 中發(fā)表的文獻aMultiwavelength-1ntegrated optical beamformer basedon wavelength divis1n
multiplexing for 2-D phasedArray antennas”，該文報道了一種使用光環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平面相控陣發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)，與本申請中不同的是，該方法所使用的光環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)依然是電控器件，需要使用電控實現(xiàn)不同角度的掃描，使得系統(tǒng)依然存在渡越時間等方面的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供基于波長掃描的光真延時平面相控陣接收天線系統(tǒng)，減輕了傳統(tǒng)電控相控陣天線中天線孔徑效應(yīng)、渡越時間的影響，能夠滿足高性能相控陣天線所要求的大瞬時帶寬和大掃描角度的技術(shù)指標(biāo)。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
包括天線陣元單元、電光調(diào)制單元、俯仰角波長掃描真延時單元、方位角波長掃描真延時單元和混頻單元，所述天線陣元單元包括m行Xn列的接收天線陣列和m行Xn列的低噪聲放大器陣列，所述接收天線陣列中的各接收天線接收到的射頻信號一一對應(yīng)傳輸至低噪聲放大器陣列中的各低噪聲放大器的輸入端，所述電光調(diào)制單元包括η個電光調(diào)制器線形陣列以及與其一一對應(yīng)的η個可調(diào)激光器，所述電光調(diào)制器線形陣列包含m個電光調(diào)制器，η個電光調(diào)制器線形陣列一一對應(yīng)低噪聲放大器陣列的η列，m個低噪聲放大器的輸出端將放大后的射頻信號對應(yīng)傳輸至各電光調(diào)制器線形陣列的m個電光調(diào)制器的電輸入端，各可調(diào)激光器分別通過m根單模光纖與對應(yīng)電光調(diào)制器的m個光電調(diào)制器的光輸入端連接，所述俯仰角波長掃描真延時單元包括η個m X I的光合束器及m根總長度相等的復(fù)合光纖，所述η個mX I的光合束器與前述η個電光調(diào)制器線形陣列一一對應(yīng)，各光合束器的輸入端分別通過m根總長度相等的復(fù)合光纖與對應(yīng)電光調(diào)制器的m個光電調(diào)制器的輸出端連接，所述復(fù)合光纖是由一段小色散系數(shù)色散補償光纖和一段單模光纖連結(jié)而成，所述方位角波長掃描真延時單元包括一個ηX I的光合束器及η根長度相等色散補償光纖，所述nXl的光合束器的輸入端經(jīng)η根長度相等的大色散系數(shù)色散補償光纖分別與前述η個光合束器的輸出端連接，所述大色散系數(shù)色散補償光纖的色散系數(shù)大于前述小色散系數(shù)色散補償光纖的色散系數(shù)，且大色散系數(shù)色散補償光纖的長度大于小色散系數(shù)色散補償光纖的長度，所述混頻單元包括高速光電探測器和低噪聲放大模塊，所述高速光電探測器的輸入端連接前述ηX I的光合束器的輸出端，高速光電探測器的輸出端連接低噪聲放大模塊。
[0007]進一步地，與同一個可調(diào)激光器相連的m根單模光纖的長度依次遞增，且各根單模光纖之間的長度差大于可調(diào)激光器的相干長度。
[0008]進一步地，與每一組mX I的光合束器相連的m根復(fù)合光纖中的小色散系數(shù)色散補償光纖的長度依次遞增、單模光纖的長度依次遞減，并保持所有復(fù)合光纖的總長度相等。
[0009]進一步地，上述小色散系數(shù)色散補償光纖的色散系數(shù)為-130ps/nm.km。
[0010]進一步地，上述小色散系數(shù)色散補償光纖的色散系數(shù)為-425ps/nm.km。
[0011]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果:
本發(fā)明基于波長掃描的光真延時平面相控陣接收天線系統(tǒng)，成本低、損耗低、對電磁波的抗輻射干擾能力強、延時損耗與頻率無關(guān)、易封裝，可實現(xiàn)寬帶寬角度掃描。該平面波束形成相控陣接收天線系統(tǒng)無需使用復(fù)雜的光開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶連續(xù)的平面波束掃描，無頻率變化引起的波束斜視效應(yīng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、寬帶寬等優(yōu)點。
[0012]同時，本發(fā)明將波長掃描微波光子波束形成技術(shù)引入到光控相控陣天線中，能夠?qū)崿F(xiàn)相控陣?yán)走_的小體積以及輕重量的要求，并能夠提高雷達的識別能力，分辨力，并解決多目標(biāo)成像以及對抗反輻射導(dǎo)彈。以光纖作為傳輸煤質(zhì)，具有損耗小，尺寸小、重量輕的特點，以及抗電磁干擾與抗電磁脈沖的能力較強，解決了電纜饋電所帶來的尺寸與重量的限制，從而提高了相控陣?yán)走_的特性，降低了成本、簡化了設(shè)計，能夠滿足高性能雷達所要求的大瞬時帶寬和大掃描角度的技術(shù)指標(biāo)，在大型L戰(zhàn)略預(yù)警相控陣?yán)走_系統(tǒng)、艦載光控相控陣?yán)走_系統(tǒng)、電子偵察超寬帶相控陣接收機、X波段大型相控陣?yán)走_系統(tǒng)、機載共形相控陣?yán)走_等方面均具備一定的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]標(biāo)號說明:1:接收天線陣列；2:低噪聲放大器陣列個電光調(diào)制器線形陣列dckn個可調(diào)激光器；5 !-δη:]!組單模光纖；6 !組復(fù)合光纖；7 J-Tn:η個mX I的光合束器根大色散系數(shù)色散補償光纖；9:nX I的光合束器；10:高速光電探測器；11:低噪聲放大電路。
【具體實施方式】
[0015]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0016]如圖1所示，接收天線陣列I接收空間輻射的射頻信號，并通過低噪聲放大器陣列2進行信號放大后，通過η個電光調(diào)制器線形陣列3i~3n將射頻信號分別調(diào)制到載波信號上，每個電光調(diào)制器線形陣列包含的m個電光調(diào)制器的載波信號波長是相同的，但η個電光調(diào)制器線形陣列之間的載波信號波長是不同的，η個可調(diào)激光器七?^輸出波長分別為λ i，i